JP2008109589A - Signal generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、信号発生装置に関し、特に、外部周波数変調機能を有する信号発生手段を使用して、出力におけるジッターの発生を抑制し、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生する信号発生装置に関するものである。 The present invention relates to a signal generator, and more particularly to a signal generator that uses a signal generator having an external frequency modulation function to suppress the occurrence of jitter in the output and generate a highly accurate frequency variable rectangular pulse signal. Is.
正弦波出力ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ(以下、DDSと称す)による周波数可変矩形波の矩形パルス信号(クロック信号)の生成原理を図7に示す。 FIG. 7 shows the principle of generating a rectangular pulse signal (clock signal) of a frequency variable rectangular wave by a sine wave output direct digital synthesizer (hereinafter referred to as DDS).
この方式の信号発生装置は、図7に示すように、位相増分値レジスタ11、位相積算器12、波形メモリ13、ディジタル−アナログ(D/A)変換器14を有するDDS1と、ローパスフィルタ(LPF)2、コンパレータ3で構成される。この信号発生装置では、DDS1から出力された正弦波信号Saが矩形波のクロック信号Sdに変換されて出力される。
As shown in FIG. 7, this type of signal generator includes a DDS1 having a
位相増分値レジスタ11は、1クロックサイクル当りの出力信号の位相変化量(以下、FTWと称す)を格納する。このFTWの値を該レジスタに変更して格納することで、DDS1から出力される正弦波信号Saの周波数fdを変更することができる。
The phase
位相積算器12は、位相増分値レジスタ11に格納された値、つまり、設定されたFTWの値をクロックサイクル毎に累積演算する。その累積演算の結果は、波形メモリ13のアドレスポインタとして機能する。波形メモリ13には、正弦波のサンプルデータが格納されており、アドレスポインタにより指定されたアドレスにおけるサンプルデータをD/A変換器14に出力する。D/A変換器14は、波形メモリ13から出力されたサンプルデータを電圧又は電流のアナログ量に変換する。
The
LPF2は、D/A変換器14の出力に含まれる不要な周波数成分を除去し、正弦波信号Saのスペクトラム純度を高めるように作用する。
The
LPF2から出力された正弦波信号は、コンパレータ3により所定の基準値と比較されて矩形波のクロック信号に変換され、周波数可変の信号発生器としての出力信号Sdとなる。この出力信号Sdの周波数は、DDS1から出力される正弦波信号Saの周波数fdと同じである。
The sine wave signal output from the
以上で説明した方式による周波数可変の信号発生器で矩形波のクロック信号を生成した場合、図7に示されるように、コンパレータを用いて、正弦波信号から矩形波パルス信号を生成しているため、一般的に、出力される矩形波信号の周波数が、高周波数領域側に変更される場合には、ジッターが現れ難くいため、ジッター発生の問題は生じない。しかし、その矩形波パルス信号の周波数が低周波数領域側に変更されるにつれて、出力される矩形波パルス信号に、ジッターが増加する。 When a rectangular wave clock signal is generated by the frequency variable signal generator according to the method described above, a rectangular wave pulse signal is generated from a sine wave signal using a comparator as shown in FIG. In general, when the frequency of the output rectangular wave signal is changed to the high frequency region side, jitter does not easily appear, so that the problem of jitter generation does not occur. However, as the frequency of the rectangular wave pulse signal is changed to the low frequency region side, jitter increases in the output rectangular wave pulse signal.
ところで、上述したDDSを組み込んだ周波数可変の信号発生器が、例えば、計測器などに使用される場合には、その計測器などに搭載されたアプリケーションからの要求として、ジッターに対するスペックが全周波数領域において、数十ps rms以下、または発振周期の1/10000以下である必要がある。従来から用いられているDDSを組み込んだ周波数可変の信号発生器では、ジッターに対するスペックを満足する周波数範囲は、回路構成によっても異なるが、例えば、100MHz〜50MHz程度であり、50MHz以下の周波数では、要求されるジッターに対するスペックが満たされない。そのため、矩形波パルス信号の周波数がその50MHz以下である場合でも、ジッターの増加を抑制する必要がある。 By the way, when the frequency variable signal generator incorporating the above-described DDS is used in, for example, a measuring instrument or the like, the specification for jitter is in the entire frequency range as a request from an application mounted on the measuring instrument or the like. In this case, it is necessary to be several tens of ps rms or less, or 1 / 10,000 or less of the oscillation period. In a frequency variable signal generator incorporating a DDS used in the past, the frequency range satisfying the specifications for jitter varies depending on the circuit configuration, but is, for example, about 100 MHz to 50 MHz, and at a frequency of 50 MHz or less, The required jitter specifications are not met. Therefore, it is necessary to suppress an increase in jitter even when the frequency of the rectangular wave pulse signal is 50 MHz or less.
そこで、このジッターが増加するという問題に対処するものとして、スペクトル純度が高い信号を生成するようにし、ジッターの少ないディジタル・クロック信号を発生するDDSを用いた信号発生器が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 Therefore, as a countermeasure against the problem that the jitter increases, a signal generator using a DDS that generates a digital clock signal with low jitter so as to generate a signal with high spectral purity has been proposed (for example, , See Patent Document 1).
この提案された信号発生器では、クロック信号は、可変周波数を有し、任意波形の信号を発生できるように、プログラムで制御される。この信号発生器に用いられるDDSは、高分解能、高サンプリング・レートのD/A変換器を用いて正弦波信号を発生し、この正弦波信号をディジタル・クロックに変換する。DDS信号発生器のアーキテクチャによって、CMOS回路を用いてデータ・ストリームを発生し、これを高サンプル・レートのD/A変換器に供給することで、低ジッターのクロック信号を生成している。 In this proposed signal generator, the clock signal has a variable frequency and is controlled by a program so that an arbitrary waveform signal can be generated. The DDS used in this signal generator generates a sine wave signal using a high resolution, high sampling rate D / A converter, and converts the sine wave signal into a digital clock. The DDS signal generator architecture generates a data stream using a CMOS circuit and supplies it to a high sample rate D / A converter to generate a low jitter clock signal.
しかしながら、この提案された信号発生器では、低ジッターのクロック信号を発生させるために、DDS内部の回路構成を変更して、信号発生のための制御プログラムを用意しなければならない。そのため、低ジッターのクロック信号を実現しようとすると、特別に回路設計したDDSを用いることになり、既存の、そして、汎用のDDSを用いた場合には、低ジッターのクロック信号を発生させることができない。 However, in the proposed signal generator, in order to generate a low jitter clock signal, a circuit program inside the DDS must be changed to prepare a control program for signal generation. Therefore, when trying to realize a low-jitter clock signal, a specially designed DDS is used, and when an existing and general-purpose DDS is used, a low-jitter clock signal can be generated. Can not.
そこで、本発明は、汎用のDDSを使用することができ、周波数可変の矩形パルス信号を発生させる信号発生装置であって、出力におけるジッターの発生を抑制し、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生する信号発生装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention is a signal generator that can use a general-purpose DDS and generates a variable-frequency rectangular pulse signal, which suppresses the occurrence of jitter in the output and is a highly accurate variable-frequency rectangular pulse signal. It is an object of the present invention to provide a signal generator that generates the above.
以上の課題を解決するために、本発明による信号発生装置では、設定値に応じて変更される周波数を有するアナログ信号を出力する信号発生手段と、前記アナログ信号に基づいて前記周波数を有する第1矩形パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記第1矩形パルス信号を設定される分周比で分周した第2矩形パルス信号を出力する分周手段と、 前記周波数が高周波数領域側に変更される場合、前記第1矩形パルス信号を出力信号とする制御を行い、前記周波数が低周波数領域側に変更される場合、前記信号発生手段に対して前記設定値を前記分周比倍の値に変更制御して前記パルス信号生成手段から該分周比倍の周波数を有する前記第1矩形パルス信号を出力させ、前記分周手段を当該分周比に設定制御して前記周波数を有する前記第2矩形パルス信号を出力信号とする制御を行う制御手段と、を備えた。 In order to solve the above problems, in the signal generator according to the present invention, signal generating means for outputting an analog signal having a frequency changed according to a set value, and a first having the frequency based on the analog signal. Pulse signal generating means for generating a rectangular pulse signal; frequency dividing means for outputting a second rectangular pulse signal obtained by dividing the first rectangular pulse signal by a set frequency dividing ratio; and When the frequency is changed, control is performed using the first rectangular pulse signal as an output signal. When the frequency is changed to the low frequency region side, the set value is multiplied by the frequency division ratio with respect to the signal generating means The first rectangular pulse signal having the frequency multiplied by the division ratio is output from the pulse signal generation means by changing the value to the value, and the frequency division means is set to the frequency division ratio and has the frequency. And control means for performing control of the output signal the serial second rectangular pulse signal, comprising a.
そして、前記信号発生手段が、設定された位相増分値に従った周波数の前記アナログ信号を出力し、該周波数を設定するプログラムレジスタを有するダイレクト・ディジタル・シンセサイザであり、前記分周手段が、プリセット付きバイナリカウンタで構成されたプログラマブル分周器であり、前記制御手段は、前記周波数に対応する位相増分値を決定し、前記プログラムレジスタに該位相増分値を設定する周波数−位相増分値変換手段と、前記プログラマブル分周器の分周比を前記周波数に対応して決定する周波数−分周比変換手段と、を備えた。 The signal generation means is a direct digital synthesizer having a program register for outputting the analog signal having a frequency according to a set phase increment value and setting the frequency, and the frequency dividing means is a preset A programmable frequency divider composed of a binary counter with frequency, wherein the control means determines a phase increment value corresponding to the frequency and sets the phase increment value in the program register; And a frequency-frequency division ratio conversion means for determining a frequency division ratio of the programmable frequency divider corresponding to the frequency.
前記制御手段は、決定された前記位相増分値の設定から前記第2矩形パルス信号の周波数が変化する時間を計測する時間計測手段を含み、計測した該時間に基づいて前記プログラムレジスタによる前記位相増分値の設定と前記プログラマブル分周手段の前記分周比の設定とを同期させ、前記周波数の変更時に伴う前記分周比の変更前後における前記第2矩形パルス信号の位相同期の制御を行うこととした。 The control means includes time measuring means for measuring a time when the frequency of the second rectangular pulse signal changes from the determined setting of the phase increment value, and based on the measured time, the phase increment by the program register Synchronizing the setting of the value and the setting of the dividing ratio of the programmable dividing means, and controlling the phase synchronization of the second rectangular pulse signal before and after the change of the dividing ratio accompanying the change of the frequency; did.
さらに、前記制御手段は、変調レート毎の前記周波数を格納した変調波形格納手段を有し、前記周波数−位相増分値変換手段と前記周波数−分周比変換手段とに該周波数を供給させることとした。 Furthermore, the control means includes modulation waveform storage means for storing the frequency for each modulation rate, and causes the frequency-phase increment value conversion means and the frequency-frequency division ratio conversion means to supply the frequency. did.
また、前記制御手段は、前記周波数が高周波数領域側に変更される場合、前記分周手段に対して前記分周を行わない設定にして、前記第1矩形パルス信号を前記周波数の前記第2矩形パルス信号を出力信号とする制御を行うこととした。 In addition, when the frequency is changed to the high frequency region side, the control unit sets the frequency dividing unit to not perform the frequency division, and the first rectangular pulse signal is set to the second frequency of the frequency. Control was performed using a rectangular pulse signal as an output signal.
さらに、前記第1矩形パルス信号と前記第2矩形パルス信号とを切り換えて前記出力信号とする切換手段を備え、前記制御手段は、前記周波数が高周波数領域側に変更される場合、前記第1矩形パルス信号を出力信号として出力させる前記切換手段の切換制御を行い、前記周波数が低周波数領域側に変更される場合、前記切換手段を制御して、前記第2矩形パルス信号を出力信号として出力させる前記切換手段の切換制御を行うこととした。 Furthermore, it comprises switching means for switching the first rectangular pulse signal and the second rectangular pulse signal to be the output signal, and the control means is configured to change the first frequency when the frequency is changed to the high frequency region side. Switching control of the switching means for outputting a rectangular pulse signal as an output signal is performed, and when the frequency is changed to the low frequency region side, the switching means is controlled to output the second rectangular pulse signal as an output signal. Switching control of the switching means to be performed is performed.
以上のように、本発明の信号発生装置によれば、アナログ信号に基づいて生成された設定値周波数の第1矩形パルス信号を設定される分周比で分周した第2矩形パルス信号を出力する分周手段が備えられ、前記周波数が高周波数領域側に変更される場合、第1矩形パルス信号を出力信号として出力させる制御を行い、前記周波数が低周波数領域側に変更される場合、前記アナログ信号の信号発生手段に対して前記設定値を前記分周比倍の値に変更制御して前記パルス信号生成手段から該分周比倍の周波数を有する第1矩形パルス信号を出力させ、前記分周手段に対して当該分周比に設定制御して前記周波数を有する前記第2矩形パルス信号を出力させて出力信号とする制御を行うようにしたので、アナログ信号の信号発生手段には、従来技術による信号発生手段、例えば、汎用のDDSをそのまま使用でき、矩形パルス信号の周波数が低周波数領域側に変更された場合でも、出力の矩形パルス信号における低ジッター化を図ることができる。 As described above, according to the signal generator of the present invention, the second rectangular pulse signal obtained by dividing the first rectangular pulse signal having the set value frequency generated based on the analog signal by the set division ratio is output. When the frequency is changed to the high frequency region side, a control is performed to output the first rectangular pulse signal as an output signal, and when the frequency is changed to the low frequency region side, The set value is controlled to be changed to a value of the frequency division ratio with respect to the signal generation means of the analog signal, and a first rectangular pulse signal having a frequency of the frequency division ratio is output from the pulse signal generation means, Since the second rectangular pulse signal having the frequency is set and controlled with respect to the frequency dividing means, and the second rectangular pulse signal having the frequency is output as an output signal, the analog signal signal generating means includes: Conventional technology Signal generating means by, for example, a general purpose of the DDS can be used as it is, even when the frequency of the rectangular pulse signal is changed to the low frequency range side, it is possible to reduce the jitter of the rectangular pulse signal output.
また、決定された位相増分値の設定から第2矩形パルス信号の周波数が変化する時間を計測する時間計測手段を備えることにより、計測した該時間に基づいてプログラムレジスタによる前記位相増分値の設定とプログラマブル分周手段の分周比の設定とを同期させ、前記周波数の変更時に伴う前記分周比の変更前後における第2矩形パルス信号の位相同期の制御を行うこととしたので、プログラマブル分周手段に設定される分周比が、矩形パルス信号の周波数の変更に伴って変更される場合でも、矩形パルス信号の位相連続性が保持されて、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生することができる。 Further, by providing time measuring means for measuring the time when the frequency of the second rectangular pulse signal changes from the determined setting of the phase increment value, setting of the phase increment value by the program register based on the measured time Programmable frequency dividing means, because it is synchronized with the setting of the frequency dividing ratio of the programmable frequency dividing means and controls the phase synchronization of the second rectangular pulse signal before and after the change of the frequency dividing ratio when the frequency is changed. Even when the division ratio set to 1 is changed with the change of the frequency of the rectangular pulse signal, the phase continuity of the rectangular pulse signal is maintained and a highly accurate frequency variable rectangular pulse signal is generated. Can do.
次に、本発明による信号発生装置に係る第1及び第2実施形態について、図1乃至図6を参照して説明する。 Next, first and second embodiments of the signal generating apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
先ず、本発明においては、コンパレータを用いて正弦波信号から矩形パルス信号を生成する方式による周波数可変の信号発生装置の場合には、出力される矩形波信号の周波数が、高周波数領域側に変更される場合には、ジッターが現れ難く、矩形パルス信号の周波数が低周波数領域側に変更されるにつれて、ジッターが増加するという現象に着目して、出力される矩形波信号の周波数が、高周波数領域側にある場合には、生成された矩形パルス信号をそのまま出力信号として出力されるようにし、矩形パルス信号の周波数が低周波数領域側に変更される場合には、矩形パルス信号を分周する分周手段に入力させ、所望の周波数となるような分周比で分周したパルス信号を矩形パルス信号として出力されるようにした。 First, in the present invention, in the case of a variable-frequency signal generator using a comparator to generate a rectangular pulse signal from a sine wave signal, the frequency of the output rectangular wave signal is changed to the high frequency region side. If the frequency of the rectangular wave signal is higher than the frequency of the rectangular pulse signal, paying attention to the phenomenon that the jitter increases as the frequency of the rectangular pulse signal is changed to the low frequency region side. When it is on the region side, the generated rectangular pulse signal is output as an output signal as it is, and when the frequency of the rectangular pulse signal is changed to the low frequency region side, the rectangular pulse signal is divided. A pulse signal that is input to the frequency dividing means and divided by a frequency dividing ratio so as to obtain a desired frequency is output as a rectangular pulse signal.
ここで、分周手段の出力信号を、所望の周波数を有する矩形パルス信号として出力させるには、アナログ信号を出力する信号発生手段で発生されるアナログ信号の周波数について、該周波数に対する設定値を分周手段における分周比倍の値に変更制御し、パルス信号生成手段から該分周比倍の周波数を有する矩形パルス信号を出力させることとした。この分周比倍の周波数を有する矩形パルス信号を分周手段に入力させ、当該分周比で分周することにより、所望の周波数を有するパルス信号が生成され、このパルス信号を出力信号として出力する。 Here, in order to output the output signal of the frequency dividing means as a rectangular pulse signal having a desired frequency, the set value for the frequency is divided with respect to the frequency of the analog signal generated by the signal generating means for outputting the analog signal. The control is changed to the value of the frequency division ratio multiplied by the frequency division means, and the rectangular pulse signal having the frequency multiplied by the frequency division ratio is outputted from the pulse signal generation means. A pulse signal having a desired frequency is generated by inputting a rectangular pulse signal having a frequency multiplied by the frequency division ratio to the frequency dividing means, and dividing the frequency by the frequency division ratio, and outputting the pulse signal as an output signal. To do.
矩形パルス信号の周波数が低周波数領域側に変更される場合には、矩形パルス信号を分周する分周手段から出力されるパルス信号が、信号発生装置の矩形パルス信号として出力されるため、アナログ信号のユラギなどによるジッターの発生に関係なくなり、出力される矩形パルス信号には、分周手段自体による一定のジッターが存在していたとしても、それは問題にならないほど小さく、従来技術による信号発生装置に比較して、ジッターの発生を大きく抑制することができる。 When the frequency of the rectangular pulse signal is changed to the low frequency region side, the pulse signal output from the frequency dividing means that divides the rectangular pulse signal is output as the rectangular pulse signal of the signal generator. Even if there is a certain amount of jitter due to the frequency dividing means in the output rectangular pulse signal, the signal generator according to the prior art has no relation to the occurrence of jitter due to signal fluctuations. Compared with this, the occurrence of jitter can be greatly suppressed.
また、本発明による信号発生装置では、所望の周波数を有する矩形パルス信号を出力させるには、分周手段の分周比を切り換える必要がある。この分周比を切り換えることにより、矩形パルス信号の周波数を変更することができるが、分周手段の分周比切り換えのタイミングによっては、矩形パルス信号の位相が、周波数の変更前後において連続しなくなることがある。 In the signal generator according to the present invention, it is necessary to switch the frequency dividing ratio of the frequency dividing means in order to output a rectangular pulse signal having a desired frequency. By switching the frequency division ratio, the frequency of the rectangular pulse signal can be changed. However, the phase of the rectangular pulse signal is not continuous before and after the frequency change depending on the timing of frequency division ratio switching of the frequency dividing means. Sometimes.
そこで、アナログ信号に対する周波数設定値の設定から矩形パルス信号の周波数が変化する時間を計測するようにして、計測した該時間に基づいてアナログ信号に対する周波数設定値の設定と分周手段の分周比の設定とを同期させ、矩形パルス信号の周波数変更時に伴う分周比の変更前後における矩形パルス信号の位相同期の制御を行うこととした。これにより、矩形パルス信号の周波数が変更されても、矩形パルス信号の位相連続性が保持され、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生することができる。 Therefore, by measuring the time when the frequency of the rectangular pulse signal changes from the setting of the frequency setting value for the analog signal, the setting of the frequency setting value for the analog signal and the frequency dividing ratio of the frequency dividing means based on the measured time. Thus, the phase synchronization control of the rectangular pulse signal before and after the change of the frequency division ratio at the time of changing the frequency of the rectangular pulse signal is performed. Thereby, even if the frequency of the rectangular pulse signal is changed, the phase continuity of the rectangular pulse signal is maintained, and a highly accurate variable frequency rectangular pulse signal can be generated.
なお、上述したように、従来技術による信号発生装置では、ジッターに対するスペックを満足する周波数範囲は、例えば、100MHz〜50MHz程度であり、50MHz以下の周波数では、要求されるジッターに対するスペックが満たされないことから、本発明による信号発生装置においては、100MHz〜50MHzの周波数範囲が、生成された矩形パルス信号をそのまま出力信号として出力する高周波数領域側となり、50MHz以下で、例えば、1mHzまでの周波数範囲が、分周手段で生成された矩形パルス信号を出力信号とする低周波数領域側となる。生成された矩形パルス信号をそのまま出力信号とするか、また、分周手段で生成された矩形パルス信号を出力信号とするかの切り換えの目安として、回路構成によって異なるものではあるが、例えば、生成される矩形パルス信号の周波数が50MHzであるときを採用することができる。 As described above, in the signal generator according to the prior art, the frequency range satisfying the specification for jitter is, for example, about 100 MHz to 50 MHz, and the required specification for jitter is not satisfied at a frequency of 50 MHz or less. From the above, in the signal generator according to the present invention, the frequency range of 100 MHz to 50 MHz is the high frequency region side that outputs the generated rectangular pulse signal as an output signal as it is, and the frequency range is 50 MHz or less, for example, up to 1 mHz. The low-frequency region side uses the rectangular pulse signal generated by the frequency dividing means as the output signal. As a guideline for switching between the generated rectangular pulse signal as an output signal or the rectangular pulse signal generated by the frequency dividing means as an output signal, it varies depending on the circuit configuration. A case where the frequency of the rectangular pulse signal to be performed is 50 MHz can be employed.
(第1実施形態)
以上のように、本発明による信号発生装置を実現するためには、アナログ信号を出力する信号発生手段として、従来公知のアナログ信号発振器などを使用することができるが、以下に説明する本発明の第1実施形態では、アナログ信号の生成手段として、図7に示された汎用のDDSを使用した。本発明の信号発生装置に係る第1実施形態が、図1に示される。
(First embodiment)
As described above, in order to realize the signal generating apparatus according to the present invention, a conventionally known analog signal oscillator or the like can be used as a signal generating means for outputting an analog signal. In the first embodiment, the general-purpose DDS shown in FIG. 7 is used as the analog signal generating means. A first embodiment of the signal generator of the present invention is shown in FIG.
図1は、低ジッターの周波数可変の矩形パルス信号(クロック信号)を生成できる第1実施形態の信号発生装置の回路構成を示している。第1実施形態は、DDS1をアナログ信号生成手段として使用した場合であり、クロック信号の発生装置としては、基本的には、図7に示された信号発生装置と同様のものを使用している。DDS1には、市販の汎用品を使用することができる。図1に示された回路構成には、図7に示された回路構成と同様の部分には、同じ符号を付してある。
FIG. 1 shows a circuit configuration of a signal generator according to a first embodiment capable of generating a low jitter frequency variable rectangular pulse signal (clock signal). The first embodiment is a case where the
図1に示された第1実施形態の周波数可変クロック信号の信号発生装置では、図7に示された信号発生装置に制御手段4(破線で囲まれた部分)が付加されている。この制御手段4には、2nのプログラマブル分周器41が含まれている。プログラマブル分周器及び制御回路には、安価な汎用のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)によって生成することが可能である。
In the signal generator for a frequency variable clock signal according to the first embodiment shown in FIG. 1, a control means 4 (portion surrounded by a broken line) is added to the signal generator shown in FIG. This control means 4 includes a 2 n
第1実施形態では、低ジッターを維持しつつ、位相連続で周波数を変更できる矩形パルスのクロックを発生させることを実現するため、DDS1の出力信号Saの周波数fdが高い領域では、コンパレータ3の出力信号Sdのジッターは小さく良好であるという特性を生かし、高い周波数領域のクロック信号の発生では、DDS1の出力信号Saのコンパレータ出力信号Sdをそのまま出力させる。そして、その周波数領域よりも低い周波数の場合には、プログラマブル分周器41による分周出力を矩形パルス信号Soとするようにした。プログラマブル分周器41による分周出力には、該分周器による一定のジッターが存在するが、そのジッターは比較的小さく、出力されたクロック信号では、一般的に問題にならない。そのため、高い周波数から低い周波数まで、低ジッターのクロック出力を得ることが可能になる。
In the first embodiment, while maintaining low jitter, in order to realize that generating a clock of a rectangular pulse which can change the frequency in phase-continuous, the frequency f d is a region of high output signal Sa of DDS1, the
ここで、制御手段4は、プログラマブル分周器41の他に、変調波形メモリ42、周波数−FTW変換回路43、周波数−分周比変換回路44、FTW−ウエイト値(W)変換回路45、そして制御回路46から構成されている。
Here, in addition to the
変調波形メモリ42は、変調レート毎におけるDDS1の出力信号Saの周波数fdを格納する。これを変調レートに従って読み出せば、固定パターンの周波数スイープができる。或いは、変調波形メモリの代わりに、A/D変換器を配置し、外部変調信号を変調レートで逐次取り込むことによっても、FM変調ができる。
The
DDS1は、位相変化量(FTW)に従った周波数fdを有する信号Saを出力する。周波数fdの変化をDDS1の外部回路と同期させるために、DDS1内にプログラムレジスタ15が接続され、外部同期信号により、プログラムレジスタ15からFTWが位相増分値レジスタ11に転送される。
DDS1 outputs the signal Sa having the frequency f d in accordance with the phase variation (FTW). The change of the frequency f d to synchronize with an external circuit of DDS1, program register 15 is connected to the DDS1, the external synchronizing signal, FTW from the
周波数−位相変化量(FTW)変換回路43は、出力信号Soの周波数foに対応するFTWを決定する。DDS1の動作クロック周波数をfc、FTWのビット幅をNとすると、FTWは、
FTW=2(N+n)×(fo/fc)
と表される。
Frequency - phase variation (FTW) converting
FTW = 2 (N + n) × (f o / f c)
It is expressed.
周波数−分周比変換回路44は、出力信号Soの周波数foに対応するプログラマブル分周器の分周比DRを決定する。
log2(fL/fo)<DR≦log2(fH/fo)となる。
ただし、DRは、0以上の整数である。ここで、fHは、DDS1の最高出力周波数以下の周波数を示し、fL=fH/2の関係にあるものとする。
Frequency - division
log 2 (f L / f o ) <DR ≦ log 2 (f H / f o ).
However, DR is an integer of 0 or more. Here, f H represents a frequency equal to or lower than the maximum output frequency of DDS1, and is assumed to have a relationship of f L = f H / 2.
プログラマブル分周器41は、DDS1の出力信号Saの周波数fdを周波数−分周比変換回路44から得られた分周比DRで分周する。分周比をDRとすると、出力信号Soの周波数foは、
fo=fd/2DR
となる。ただし、分周比DRは、0以上の整数であり、出力信号Saの周波数fdの範囲は、fL<fd≦fHである。これは、分周比倍の周波数を有するクロック信号を出力させ、このクロック信号を分周器に入力させ、当該分周比で分周することにより、所望の周波数を有するパルス信号が生成され、このパルス信号を出力信号として出力できることを意味する。
The
f o = f d / 2 DR
It becomes. However, the frequency division ratio DR is an integer greater than or equal to 0, and the range of the frequency f d of the output signal Sa is f L <f d ≦ f H. This is because a clock signal having a frequency multiplied by the frequency division ratio is output, this clock signal is input to a frequency divider, and a pulse signal having a desired frequency is generated by dividing by the frequency division ratio. This means that this pulse signal can be output as an output signal.
プログラマブル分周器41は、例えば、プリセット付バイナリカウンタで構成されるが、位相変更時のカウンタプリセット値は、分周比DRの変更前後で出力信号Soが位相連続となるように演算される。
The
現在の分周比をDR1、現在のカウンタの値をCDR1とすると、現在の分周比における次のカウンタ値は、CDR1+1である。従って、このときの位相PDR1は、
PDR1=2π(CDR1+1)/2DR1
となる。ただし、DR1>0であり、分周出力は、カウンタの(DR1−1)ビット目を取り出せば、デューティ50%のクロックになる。
Assuming that the current division ratio is DR 1 and the current counter value is C DR1 , the next counter value in the current division ratio is C DR1 +1. Therefore, the phase P DR1 at this time is
P DR1 = 2π (C DR1 +1) / 2 DR1
It becomes. However, DR1> 0, and the divided output becomes a clock with a duty of 50% if the (DR 1 −1) bit of the counter is taken out.
次の分周比をDR2、次のカウンタのプリセット値をCDR2とすると、このときの位相PDR2は、
PDR2=2πCDR2/2DR2
となる。
If the next division ratio is DR 2 and the preset value of the next counter is C DR2 , then the phase P DR2 at this time is
P DR2 = 2πC DR2 / 2 DR2
It becomes.
分周比変更の前後で位相連続であるとすると、位相の関係は、PDR1=PDR2である。従って、プリセット値CDR2を、
CDR2=(CDR1+1)×2(DR2−DR1)
とすれば、位相連続を実現できる。
Assuming that the phase is continuous before and after the frequency division ratio change, the phase relationship is P DR1 = P DR2 . Therefore, the preset value CDR2 is
C DR2 = (C DR1 +1) × 2 (DR2-DR1)
If so, phase continuity can be realized.
現在の分周比がDR1=0、つまり、出力周波数foが、fL以上で、分周していない場合には、次の分周比DR2における位相PDR2は、必ず、PDR2=πから始まる。従って、プリセット値CDR2を、
CDR2=2DR2/2=2(DR2−1)
とすればよい。この場合は、分周比がDR1=0であるので、クロック信号Sdの周波数fdが高周波数領域側にあり、コンパレータ3から出力されるパルス信号Sdが、プログラマブル分周器41で分周されず、そのまま出力信号Soとして出力される。
When the current frequency division ratio is DR 1 = 0, that is, when the output frequency f o is equal to or higher than f L and no frequency division is performed, the phase P DR2 at the next frequency division ratio DR 2 is always P DR2 = Begins with π. Therefore, the preset value CDR2 is
C DR2 = 2 DR2 / 2 = 2 (DR2-1)
And it is sufficient. In this case, since the frequency division ratio is DR 1 = 0, the frequency f d of the clock signal Sd is on the high frequency region side, and the pulse signal Sd output from the
上記のプリセット値CDR2から分かる様に、次の分周比DR2によるカウント値は、現在の分周比DR1によるカウント値に2のべき乗を乗算したものであるので、演算処理にはシフト回路があればよい。DR2−DR1<0の場合は、右シフトとなり、DR2−DR1>0の場合は、左シフトとなる。 As can be seen from the above preset value C DR2, the count value of the next dividing ratio DR 2, since it is multiplied by the power of 2 to the count value with the current division ratio DR 1, shift to the processing It only needs a circuit. When DR 2 -DR 1 <0, the shift is right, and when DR 2 -DR 1 > 0, the shift is left.
位相変化量(FTW)−ウエイト値(W)変換回路45は、DDS1にFTWを設定してから、実際に、出力信号Saの周波数fdが変化するまでの時間、即ち、ウエイト値Wが周波数fdの何クロック分かを求める。
Phase change amount (FTW) - weight value (W) converting
制御回路46は、DDS1の出力信号Saの周波数fdに同期して動作し、位相増分値レジスタ11にFTWの変更を反映させる信号をウエイト値Wに基づいたタイミングで生成し、プログラムレジスタ15に与える。また、プログラマブル分周器41の分周比を変更させる信号を生成する。
The
以上のように構成された第1実施形態による周波数可変クロック発生器では、変調波形メモリ42に格納された周波数fdに対応する変調波形データが位相増分値レジスタ11に格納されて、周波数fdを有するクロック信号Sdが出力され、プログラマブル分周器41に入力される。そこで、変調波形メモリ42から読み出された変調波形データの周波数に従って、周波数−分周比変換回路44から当該周波数に対応する分周比がプログラマブル分周器41に設定される。
In the frequency variable clock generator according to the first embodiment configured as described above, the modulation waveform data corresponding to the frequency f d stored in the
周波数−分周比変換回路44は、出力すべきクロック信号Soの周波数foが高域周波数領域側にあると判断したときには、分周比0をプログラマブル分周器41に設定する。このときには、周波数foのクロック信号Sdは、分周されずに、そのまま出力信号Soとして出力され、その周波数関係は、fo=fdとなる。
Frequency - division
また、周波数−分周比変換回路44は、出力すべきクロック信号の周波数foが低周波数領域側にあると判断したときには、分周比DRをプログラマブル分周器41に設定する。このときには、DDS1で発生されるアナログ信号Saの周波数fdについて、該周波数に対する設定値を分周比倍(2DR)の値に変更制御し、該分周比倍の周波数fdを有するクロック信号Sdを出力させ、このクロック信号Sdをプログラマブル分周器41において当該分周比で分周することにより、所望の周波数foを有するクロック信号が生成され、このクロック信号を出力信号として出力する。その周波数関係は、fo=fd/2DRである。
The frequency - dividing
以上に説明したように、第1実施形態の回路構成による信号発生器によれば、コンパレータを用いて正弦波信号から矩形パルス信号(クロック信号)を生成する方式による周波数可変の信号発生装置に、例えば、汎用のDDSを使用した場合でも、所望するクロック信号の周波数が高周波数領域側に変更される場合には、該DDSからの出力信号をそのまま出力し、所望するクロック信号の周波数が、例えば、50MHz以下の低周波数領域側に変更される場合には、所望する周波数に対応して増加された周波数の出力信号を発生させて、該出力信号を分周器で所望する周波数に分周されたクロック信号を出力するようにしたので、アナログ信号のユラギなどによるジッターの発生に関係なくなり、出力されるクロック信号に、プログラマブル分周器自体による一定のジッターが発生していても、そのジッター発生量は僅かであり、従来技術による信号発生装置に比較して、ジッターの発生を大きく抑制することができた。 As described above, according to the signal generator having the circuit configuration of the first embodiment, the frequency variable signal generator using the method of generating the rectangular pulse signal (clock signal) from the sine wave signal using the comparator, For example, even when a general-purpose DDS is used, if the frequency of the desired clock signal is changed to the high frequency region side, the output signal from the DDS is output as it is, and the frequency of the desired clock signal is, for example, When the frequency is changed to the low frequency region side of 50 MHz or less, an output signal having an increased frequency corresponding to the desired frequency is generated, and the output signal is divided by the frequency divider to the desired frequency. Since the clock signal is output, it is not related to the occurrence of jitter due to analog signal fluctuations. Even if certain jitter by the frequency divider itself has not occurred, the jitter generation amount is small, as compared with the prior art signal generating apparatus according to, could be greatly suppressed the occurrence of jitter.
また、第1実施形態の回路構成による信号発生装置では、所望の周波数を有するクロック信号を出力させるには、分周器の分周比を切り換える必要がある。この分周比を切り換えることにより、出力されるクロック信号の周波数を変更することができるが、分周器の分周比切り換えのタイミングによっては、該クロック信号の位相が、周波数の変更前後において連続しなくなることがある。 Further, in the signal generator having the circuit configuration of the first embodiment, it is necessary to switch the frequency division ratio of the frequency divider in order to output a clock signal having a desired frequency. By switching the frequency division ratio, the frequency of the output clock signal can be changed. However, depending on the timing of frequency division switching of the frequency divider, the phase of the clock signal may be continuous before and after the frequency change. It may stop working.
そこで、アナログ信号に対する周波数設定値の設定からクロック信号の周波数が変化する時間を計測するようにして、計測した該時間に基づいてアナログ信号に対する周波数設定値の設定と分周器の分周比の設定とを同期させ、クロック信号の周波数変更時に伴う分周比の変更前後におけるクロック信号の位相同期の制御を行うようにしたので、クロック信号の周波数が所望する周波数に変更されても、出力されるクロック信号の位相連続性が保持されることになり、高精度の周波数可変のクロック信号を発生することができた。 Therefore, the time at which the frequency of the clock signal changes is measured from the setting of the frequency setting value for the analog signal, and the setting of the frequency setting value for the analog signal and the frequency division ratio of the divider are based on the measured time. Synchronize the settings and control the phase synchronization of the clock signal before and after changing the division ratio when changing the frequency of the clock signal, so it will be output even if the frequency of the clock signal is changed to the desired frequency. The phase continuity of the clock signal is maintained, and a highly accurate variable frequency clock signal can be generated.
そこで、第1実施形態の回路構成による信号発生装置において、クロック信号の周波数が所望する周波数に変更された場合に、クロック信号の位相連続性が保持されるように、分周器の分周比切り換えのタイミング制御について上述したが、図2乃至図4を参照して、そのタイミング制御の詳細について以下に説明する。 Therefore, in the signal generator having the circuit configuration according to the first embodiment, when the clock signal frequency is changed to a desired frequency, the frequency division ratio of the frequency divider is maintained so that the phase continuity of the clock signal is maintained. Although the switching timing control has been described above, details of the timing control will be described below with reference to FIGS.
図2は、図1に示されたプログラマブル分周器41にプリセット付きバイナリカウンタを使用した場合において、クロック信号の周波数を変更したときに発生する位相の不連続性を説明するタイミング図である。このバイナリカウンタの例として、3ビットカウンタが使用されている。
FIG. 2 is a timing diagram for explaining the phase discontinuity that occurs when the frequency of the clock signal is changed when a binary counter with a preset is used for the
図2において、(a)は、バイナリカウンタ(プログラマブル分周器41)に入力されるクロック信号(矩形パルス信号)Sdの波形を示し、(b)乃至(d)の各々は、バイナリカウンタの各ビットに係る波形を示し、(e)は、バイナリカウンタの出力である出力信号Soの波形を示し、そして、(f)は、バイナリカウンタのカウント状態を表している。 In FIG. 2, (a) shows the waveform of the clock signal (rectangular pulse signal) Sd input to the binary counter (programmable frequency divider 41), and each of (b) to (d) represents each of the binary counters. FIG. 7 shows a waveform related to bits, (e) shows the waveform of the output signal So, which is the output of the binary counter, and (f) shows the count state of the binary counter.
ここで、バイナリカウンタのカウントが時間t0で開始され、そのカウント値が2のときに、分周比が1から3に変更されたとする。図2における矢印が、時間t1に変更指示があったことを示している。しかし、バイナリカウンタでは、1クロック遅れた時間t3において、3ビット目をカウントした後の値を出力することになるので、バイナリカウンタの出力信号は、実線で示された(e)の波形のようになる。 Here, it is assumed that when the count of the binary counter is started at time t 0 and the count value is 2, the frequency division ratio is changed from 1 to 3. The arrows in FIG. 2 shows that there is a change instruction to the time t 1. However, since the binary counter outputs the value after counting the third bit at time t 3 delayed by one clock, the output signal of the binary counter has the waveform (e) shown by the solid line. It becomes like this.
(e)の波形上の円で囲まれた部分のように、時間t1において、破線で示されるが、時間t1のタイミングで立ち上がるクロック信号が得られれば、該クロック信号の位相が、分周比の変更前後において連続しているといえる。しかし、実際には、バイナリカウンタの出力信号は、分周比の変更後、1クロック分遅れて立ち上がるため、分周比の変更前後における矩形パルス信号の位相連続性を保持できない。 As shown in the circled part on the waveform of (e), at time t 1 , it is indicated by a broken line. If a clock signal rising at the timing of time t 1 is obtained, the phase of the clock signal is separated. It can be said that it is continuous before and after the change of the circumference ratio. However, in reality, the output signal of the binary counter rises by one clock after the division ratio is changed, so that the phase continuity of the rectangular pulse signal before and after the change of the division ratio cannot be maintained.
そこで、第1本実施形態の信号発生装置においてクロック信号の周波数を変更するための分周比の変更前後における位相の連続性を実現するタイミング図が、図3に示されている。図3における(a)乃至(f)は、図2の(a)乃至(f)と同様のことを示しているが、図3の(e)は、図2の(e)において破線で示した波形による出力信号の波形と同様である。 Therefore, FIG. 3 shows a timing chart for realizing phase continuity before and after the change of the frequency division ratio for changing the frequency of the clock signal in the signal generator of the first embodiment. (A) to (f) in FIG. 3 indicate the same as (a) to (f) in FIG. 2, but (e) in FIG. 3 is indicated by a broken line in (e) in FIG. This is the same as the waveform of the output signal based on the waveform.
図3のタイミング図においても、図2の場合と同様に、バイナリカウンタのカウントが時間t0で開始され、そのカウント値が2のときに、分周比が1(DR1)から3(DR2)に変更されたとする。ここで、前述したように、バイナリカウンタのプリセット値CDR2について、
CDR2=(CDR1+1)×2(DR2−DR1)
となるように設定すれば、位相連続を実現できる。
Also in the timing chart of FIG. 3, as in the case of FIG. 2, when the count of the binary counter starts at time t 0 and the count value is 2, the frequency division ratio is 1 (DR 1 ) to 3 (DR Suppose that it was changed to 2 ). Here, as described above, for the preset value CDR2 of the binary counter,
C DR2 = (C DR1 +1) × 2 (DR2-DR1)
If it is set so that, the phase continuity can be realized.
そこで、この式において、CDR1=2、DR1=1、DR2=3とすると、
CDR2=(2+1)×2(3−1)=12
となり、バイナリカウンタにプリセット値CDR2として12をロードすれば、位相連続性を保持できることになる。
Therefore, in this equation, if C DR1 = 2, DR 1 = 1, DR 2 = 3,
C DR2 = (2 + 1) × 2 (3-1) = 12
Thus, if the binary counter is loaded with 12 as the preset value CDR2 , the phase continuity can be maintained.
図3に示した例では、バイナリカウンタが3ビットカウンタであるので、上位ビットは無視されて、12&7=4により(&は、論理積を表す)、バイナリカウンタに4をロードすることになる。図3において、時間t1のタイミングで、プリセット値CDR2が4に設定され、分周比が1から3に変更された様子が示されている。図3の(e)の出力信号の波形に、時間t1において出力信号の波形が立ち上がり(円で示された部分)、位相連続性が保持される様子が示されている。 In the example shown in FIG. 3, since the binary counter is a 3-bit counter, the high-order bits are ignored, and 4 & 7 = 4 (& represents a logical product), and 4 is loaded into the binary counter. 3, at the timing of time t 1, a preset value C DR2 is set to 4, and how the division ratio is changed from 1 to 3 are shown. The waveform of the output signal in (e) of FIG. 3 shows that the waveform of the output signal rises (portion indicated by a circle) at time t 1 and the phase continuity is maintained.
以上のように、図1に示された第1実施形態による信号発生装置において、プログラマブル分周器に使用されたプリセット付きバイナリカウンタのカウンタ値を変更するタイミングを工夫することによって、分周比の変更前後における位相連続性を保持することができる。一方、前述した第1実施形態の信号発生装置では、プログラマブル分周器41の分周比を変更することにより、所望の周波数を有する矩形パルス信号を生成しており、そのため、矩形パルス信号の元となるアナログ信号の周波数を、この分周比の大きさに応じて増加させておかなければならない。
As described above, in the signal generator according to the first embodiment shown in FIG. 1, by devising the timing for changing the counter value of the binary counter with preset used in the programmable frequency divider, The phase continuity before and after the change can be maintained. On the other hand, in the signal generator of the first embodiment described above, a rectangular pulse signal having a desired frequency is generated by changing the frequency division ratio of the
しかしながら、変更した分周比に対応する位相増分値を設定してから、DDS1の出力信号Saの周波数fdが変化するまでには、DDS101内部のパイプライン・ディレイのために、時間を要する。そこで、第1実施形態による信号発生装置では、分周比の変更前後の連続性を保持するために、決定された位相増分値の設定から矩形パルス信号の周波数が変化する時間を計測する時間計測手段であるカウンタをFTW−W変換回路45内に備えている。
However, after setting the phase increment value corresponding to the division ratio has been changed, by the changes in frequency f d of the output signal Sa of DDS1, for internal pipeline delay DDS101, takes time. Therefore, in the signal generator according to the first embodiment, in order to maintain the continuity before and after the change of the frequency division ratio, the time measurement for measuring the time when the frequency of the rectangular pulse signal changes from the determined setting of the phase increment value. A counter as means is provided in the FTW-
この時間計測手段によって計測された時間に基づいて、制御回路46が、プログラムレジスタによる位相増分値の設定と、プログラマブル分周手段の分周比の設定とを同期させている。この同期を取ることによって、出力の矩形パルス信号に係る周波数の変更時に伴う分周比の変更前後における矩形パルス信号の位相同期を実現し、矩形パルス信号の周波数の変更に伴って変更される場合でも、矩形パルス信号の位相連続性が保持されて、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生することができる。
Based on the time measured by the time measuring means, the
図4は、第1実施形態の信号発生装置においてクロック信号(矩形パルス信号)の周波数を変更する場合の時間関係を説明するタイミング図であり、制御回路46が、プログラムレジスタによる位相増分値の設定と、プログラマブル分周器の分周比の設定とを同期させている様子を示している。
FIG. 4 is a timing chart for explaining the time relationship when the frequency of the clock signal (rectangular pulse signal) is changed in the signal generator of the first embodiment. The
図4において、(a)は、コンパレータ3の出力信号Sdの波形を示し、(b)は、制御回路46から出力されるDDS1に対する同期信号のタイミングを示し、(c)は、FTW−W変換回路45におけるカウンタのカウンタ値を示している。(d)は、制御回路46から出力されるプログラマブル分周器41に対する分周比設定のための同期信号のタイミングを示す。(e)は、プログラマブル分周器41に対する分周比の設定状態を示している。そして、(f)は、プログラマブル分周器41の出力信号Soの波形を示している。
4A shows the waveform of the output signal Sd of the
図4においては、プログラマブル分周器41の分周比DRが、DR1からDR2に変更されることにより、DDS1の出力に接続されたコンパレータ3の出力信号Sdの周波数fdが、fd1からfd2に変化し、矩形パルス信号の出力信号Soの周波数foが、fo1からfo2に変更される様子が、例示されている。
In FIG. 4, the frequency division ratio DR of the
ここで、図4に示された時間関係について説明する。今、新しいFTWをDDS1内部のプログラムレジスタ15に設定し、DDS1内部ロジックに反映させるために、図4の(c)のように、制御回路46からDDS1に同期信号が時間t01に送信される。この新しいFTWが周波数−FTW変換回路43から出力されたことを受けて、時間t01と同時に、FTW−W変換回路45のカウンタが、DDS1のパイプライン・ディレイの時間tDに相当するカウント値、即ち、ウエイト値Wのカウントを開始する。なお、ウエイト値Wと、周波数fd、時間tDの関係は、W=tD×fdとなる。
Here, the time relationship shown in FIG. 4 will be described. Now, set the new FTW in DDS1 inside the
制御回路46は、時間tDに相当するカウント値Wを得た時間t02の時点で、図4の(d)のように、プログラマブル分周器41に対して同期信号を送信し、時間t02と同時に、プログラマブル分周器41の分周比を、DR1からDR2に変更設定させる。この同期信号と同時に、プログラマブル分周器41の分周比がDR1からDR2へ変化すると、プログラマブル分周器41からの出力信号Soの周波数foは、過渡的な状態がなく、滑らかに、fo1からfo2への周波数変更が行われる。
The
なお、図4に示した例では、分周比変更後において、コンパレータ3の出力信号Sdの周波数fd2と、プログラマブル分周器41の出力信号Soの周波数fo2とが同じになっている。このことは、DR2=0の場合を示し、分周比変更後においては、プログラマブル分周器41が分周動作をしておらず、出力信号Sdがそのまま出力信号Soとして出力されている。
In the example shown in FIG. 4, the frequency f d2 of the output signal Sd of the
(第1実施形態の具体例)
これまでにおいては、図1に示されたように、本発明による信号発生装置の第1実施形態における回路構成の概略で説明されたが、図5に、第1実施形態の信号発生装置に係る具体的回路構成を示した。図5に示された信号発生装置の回路構成の基本は、図1に示された信号発生装置と同様であるが、図5では、特に、制御手段4の回路構成を中心にして具体的に示している。
(Specific example of the first embodiment)
So far, as shown in FIG. 1, the outline of the circuit configuration in the first embodiment of the signal generator according to the present invention has been described, but FIG. 5 relates to the signal generator of the first embodiment. A specific circuit configuration is shown. The basic circuit configuration of the signal generating device shown in FIG. 5 is the same as that of the signal generating device shown in FIG. 1, but in FIG. Show.
図5に示された信号発生装置の具体例で用いられている部品は、本発明に関わる信号発生装置が、汎用のDDSを使用し、簡単で安価に回路構成されることを説明するために用いられているが、本発明の信号発生回路を構成する各部品は、図5に示された部品に限定されるものではなく、同様な機能を有する他の部品で構成してもよいことは当業者にとって自明なことである。 The components used in the specific example of the signal generator shown in FIG. 5 are for explaining that the signal generator according to the present invention uses a general-purpose DDS and is configured simply and inexpensively. Although used, each component constituting the signal generation circuit of the present invention is not limited to the component shown in FIG. 5, and may be composed of other components having similar functions. This is obvious to those skilled in the art.
図5において、DDS101は、図1に示されたDDS1に対応し、DDS1内の回路構成と同様の回路構成を備えており、この具体例では、例えば、アナログ・デバイス社製の汎用DDSであるAD9852を使用することができる。ローパスフィルタ(LPF)102は、図1のLPF2に対応し、例えば、インダクタンス(L)とコンデンサ(C)とで構成したローパスフィルタであり、コンパレータ103は、図1のコンパレータ3に対応する。
In FIG. 5, a
さらに、図5の信号発生装置の具体例では、図1に示された制御手段4として、プログラマブル分周器401、変調波形メモリ402、周波数−FTW変換回路403、周波数−分周比変換回路404、FTW−W変換回路405、制御回路406、データセレクタ407、初期設定値メモリ408、そしてクロックセレクタ503を備えている。
Further, in the specific example of the signal generator of FIG. 5, as the control means 4 shown in FIG. 1, the
DDS101には、水晶発振器501が、そして、制御回路406には、水晶発振器502が接続され、それぞれに基準クロックを供給している。2個の水晶発振器501及び502は1個で共有することもできる。また、制御手段4に含まれる各回路は、FPGAで形成され、例えば、ラティス社製のFPGAであるEC3内部に構成したディジタル回路である。
A
DDS101は、ユーザ設定を保持するプログラムレジスタ(図1に示されたプログラムレジスタ15に対応)を内蔵しており、該プログラムレジスタに設定値を与えるためのインターフェイスとして、アドレスバス端子A、データバス端子D、書き込み許可端子WEを備えている。DDS101のI/OUD端子には、プログラムレジスタの設定値をDDS101の内部ロジックに転送するための同期信号が入力される。従って、I/OUD端子に入力される同期信号により、DDS101とユーザ回路との同期を取ることができる。DDS101の出力端子Taは、ユーザ設定に従った周波数fdの出力信号Saを出力する。
The
ここで、初期設定値メモリ408は、DDS101の初期化を行う為のデータを保持するものであり、元々、DDS101が設定周波数で動作を開始する回路構成になっているものであれば、この初期設定値メモリを備える必要はない。
Here, the initial
変調波形メモリ402は、DDS101の出力信号Saの周波数fdを設定する周波数データを保持し、変調レート毎に読み出される。図5に示された信号発生装置の制御手段4の回路構成例では、データ長は、48ビットで例示してある。図5において、各信号線に表示された数字は、この48ビット構成の場合のビット数を表している。
周波数−FTW変換回路403は、与えられた周波数データFreqと分周比DRから、DDS101に内蔵されている位相増分値レジスタ11に設定する値FTWを計算する。ここでの計算結果のデータ長は、48ビットである。
The frequency-
周波数−分周比変換回路404は、与えられた周波数データFreqから、周波数−FTW変換回路403、及び、プログラマブル分周器401に設定する分周比DRを計算する。分周比DRのデータ長は、6ビットである。
The frequency-frequency division
FTW−ウエイト値(W)変換回路は、DDS101とプログラマブル分周器401の同期を取るために、I/OUD同期信号とDRUD同期信号を生成するためのウエイト値Wを計算する。ウエイト値Wのデータ長は、4ビットである。
The FTW-weight value (W) conversion circuit calculates a weight value W for generating an I / OUD synchronization signal and a DRUD synchronization signal in order to synchronize the
プログラマブル分周器401は、分周端子TDRに与えられた分周比DRからクロック端子Tckに入力されるパルス信号を1/2DRに分周し、出力端子Toから周波数foの出力信号Soを出力する。出力端子Toから出力された出力信号Soの周波数foは、分周比の変更前後における位相が連続するように処理される。分周比DRが0の場合には、プログラマブル分周器401が分周処理を行わないので、クロック端子Tckに入力されるコンパレータ103の出力信号Sdをそのまま出力することになる。
クロックセレクタ503は、FPGAによる制御手段4の内部に供給するクロックを選択する。制御手段4は、通常動作時には、DDS101からの出力信号Sdが可変クロックとなって同期して動作するが、システムリセット時に、DDS101の初期状態が発振停止モードに設定される回路構成になっている場合には、制御手段4によりDDS101の初期化が完了するまでは、DDS101以外からクロックを供給する必要があるため、水晶発振器502が備えられている。通常動作時には、クロックセレクタ503は、プログラマブル分周器401のクロック端子Tckと、制御回路406のクロック端子Tckとに、コンパレータ103の出力信号Saを供給するようにしている。
The
データセレクタ407は、DDS101のデータバス端子Dに出力するデータを、制御回路406のアドレスバス端子Aから伝送されるアドレス信号をデコードして、生成した選択信号に応じて選択する。
The
制御回路406は、初期設定値メモリ408、変調波形メモリ402、データセレクタ407、DDS101に対してアドレス信号を出力する。また、クロックセレクタ503に対してクロック選択信号を出力する。さらに、DDS101とプログラマブル分周器401の同期をとるために、FTW−W変換回路405で演算されたウエイト値Wに基づき、I/OUD端子とDRUD端子から同期信号をDDS101とプログラマブル分周器401の夫々に出力する。
The
ここで、分周比DRの変更に伴って、プログラマブル分周器401の出力信号Soの周波数foを滑らかに変化させるためには、DDS101の出力信号Saの周波数fdとプログラマブル分周器401の分周比との変化が同時でなければならない。周波数fdは、I/OUD端子からの同期信号に同期して変化するが、I/OUD端子の同期信号をアクティブにしてから、実際に、DDA101の出力信号Saの周波数fdが変化するまでには、DDS101内部のパイプライン・ディレイのために、時間tDを要する。
Here, with the change of the frequency division ratio DR, programmable frequency in order to smoothly change the frequency f o of the output signal So of the
従って、プログラマブル分周器401の分周比は、I/OUD端子からの同期信号の出力後、時間tDだけ待った後に、DRUD端子から同期信号をプログラマブル分周器401に出力して、分周比を変化させる必要がある。この待ち時間tDは、出力信号Saの周波数fdをカウンタで計数することによって求められる。しかしながら、周波数fdは、可変クロックであるため、カウンタの計数量Wを周波数fdに応じて変更する必要がある。ここで、計数量Wと、周波数fd、時間tDの関係は、W=tD×fdとなる。
Therefore, the division ratio of the
この第1実施形態の具体例による信号発生装置におけるクロック信号の周波数を変更する場合の時間関係は、図4に示されたタイミング図と同様である。新しいFTWをDDS101内部のプログラムレジスタに設定し、DDS内部ロジックに反映させるために、I/OUD同期信号をアクティブにすると、待ち時間tDだけ遅れて、DDS101の出力信号Saの周波数faが変化する。制御回路406が出力するI/OUD同期信号をアクティブにすると同時に、FTW−W変換回路405のカウンタで、出力信号Sdの周波数fdのカウントを開始し、ウエイト値Wと等しくなったところで、制御回路406からのDRUD同期信号をアクティイブにする。このDRUD同期信号がアクティブになると同時に、プログラマブル分周器401の分周比をDR1からDR2へ変化させると、プログラマブル分周器401からの出力信号Soの周波数foは、過渡的な状態がない、滑らかに、fo1からfo2に、周波数変更が行われる。
The time relationship when changing the frequency of the clock signal in the signal generator according to the specific example of the first embodiment is the same as the timing chart shown in FIG. Set new FTW to DDS101 inside the program register, in order to reflect the DDS internal logic and to activate the I / OUD synchronization signal, delayed by the waiting time t D, changes the frequency f a of the output signal Sa of DDS101 To do. At the same time the
以上に説明してきたように、図5に示された信号発生装置は、図1に示された第1実施形態の信号発生装置と同様に動作し、汎用のDDSを使用することができ、例えば、発生する矩形パルス信号の周波数が50MHz以下であっても、出力信号におけるジッターの発生を抑制し、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生する信号発生装置を実現できた。 As described above, the signal generator shown in FIG. 5 operates in the same manner as the signal generator of the first embodiment shown in FIG. 1, and can use a general-purpose DDS. Even when the frequency of the generated rectangular pulse signal is 50 MHz or less, it is possible to realize a signal generator that suppresses the generation of jitter in the output signal and generates a highly accurate variable frequency rectangular pulse signal.
(第2実施形態)
以上に説明した第1実施形態の信号発生装置では、所望するクロック信号(矩形パルス信号)の周波数が高周波数領域側にある場合には、信号発生装置に設けられたプログラマブル分周器の分周比をDR=0に設定して、アナログ信号からクロック信号を生成するコンパレータの出力信号Sdを、プログラマブル分周器で分周せずに、そのまま出力させていた。つまり、第1実施形態の信号発生装置では、所望する矩形パルス信号の周波数が高周波数領域側及び低周波数領域側のいずれに変更される場合であっても、プログラマブル分周器の出力信号が出力されるものであった。
(Second Embodiment)
In the signal generator of the first embodiment described above, when the frequency of the desired clock signal (rectangular pulse signal) is on the high frequency region side, the frequency divider of the programmable frequency divider provided in the signal generator is used. The ratio is set to DR = 0, and the output signal Sd of the comparator that generates the clock signal from the analog signal is output as it is without being divided by the programmable frequency divider. That is, in the signal generator of the first embodiment, the output signal of the programmable frequency divider is output regardless of whether the frequency of the desired rectangular pulse signal is changed to either the high frequency region side or the low frequency region side. It was to be done.
そこで、第2実施形態では、所望する矩形パルス信号の周波数が低周波数領域側にある場合のみ、信号発生装置に設けられたプログラマブル分周器の分周比を設定し、コンパレータからの出力信号Sdをプログラマブル分周器で分周して、矩形パルス信号の出力信号Soを出力させ、所望する矩形パルス信号の周波数が高周波数領域側にある場合には、信号発生装置に設けられたプログラマブル分周器を経由させず、コンパレータからの出力信号Sdを直接、矩形パルス信号の出力信号Soをとして出力させるようにした。 Therefore, in the second embodiment, only when the frequency of the desired rectangular pulse signal is on the low frequency region side, the frequency division ratio of the programmable frequency divider provided in the signal generator is set, and the output signal Sd from the comparator is set. Is divided by a programmable frequency divider to output an output signal So of a rectangular pulse signal. When the frequency of the desired rectangular pulse signal is on the high frequency region side, the programmable frequency division provided in the signal generator The output signal Sd from the comparator is directly output as the output signal So of the rectangular pulse signal without passing through the device.
図6に、第2実施形態による信号発生装置が示されるが、第2実施形態は、第1実施形態の信号発生装置の回路構成を基本にした変形例であり、図6では、その変形部分に関連した一部の回路構成が、プログラマブル分周器の出力部を中心にして示されている。 FIG. 6 shows a signal generator according to the second embodiment. The second embodiment is a modification based on the circuit configuration of the signal generator of the first embodiment. In FIG. A part of the circuit configuration related to the above is shown around the output of the programmable frequency divider.
図6に示されるように、図1に示された第1実施形態の信号発生装置の制御手段4において、出力セレクタ61と分周比判別回路62とが追加されている。出力セレクタ61は、コンパレータ3からの出力信号Sdとプログラマブル分周器41からの分周出力信号とを選択して出力信号Soを出力する。この出力セレクタ61は、分周比判別回路62によって制御される。
As shown in FIG. 6, in the control means 4 of the signal generator of the first embodiment shown in FIG. 1, an
ここで、分周比判別回路62は、周波数−分周比変換回路44から出力される分周比の値を監視しており、この分周比がDR=0である場合に、出力セレクタ61に対して、コンパレータ3からの出力信号Sdを選択する制御を行う。
Here, the frequency division
以上のような回路構成は、FPGAによって簡単に実現でき、図6に示された第2実施形態の信号発生装置は、図1に示された第1実施形態の信号発生装置と同様に動作し、汎用のDDSを使用することができ、出力におけるジッターの発生を抑制し、高精度の周波数可変の矩形パルス信号を発生する信号発生装置を実現できる。 The circuit configuration as described above can be easily realized by an FPGA, and the signal generator of the second embodiment shown in FIG. 6 operates in the same manner as the signal generator of the first embodiment shown in FIG. Therefore, a general-purpose DDS can be used, and it is possible to realize a signal generating device that suppresses the occurrence of jitter in the output and generates a highly accurate frequency variable rectangular pulse signal.
1 ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ(DDS)
11 位相増分値レジスタ
12 位相積算器
13 波形メモリ
14 ディジタル−アナログ(A/D)変換機
15 プログラムレジスタ
2 ローパスフィルタ(LPF)
3 コンパレータ
4 制御手段
41、401 プログラマブル分周器
42、402 変調波形メモリ
43、403 周波数−位相変化量(FTW)変換回路
44、404 周波数−分周比変換回路
45、405 位相変化量(FTW)−ウエイト値(W)変換回路
46、406 制御回路
407 データセレクタ
408 初期設定値メモリ
501、502 水晶発振器
503 クロックセレクタ
61 出力セレクタ
62 分周比判別回路
1 Direct digital synthesizer (DDS)
11 Phase
3 Comparator 4 Control means 41, 401
Claims (6)
前記アナログ信号に基づいて前記周波数を有する第1矩形パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
前記第1矩形パルス信号を設定される分周比で分周した第2矩形パルス信号を出力する分周手段と、
前記周波数が高周波数領域側に変更される場合、前記第1矩形パルス信号を出力信号とする制御を行い、前記周波数が低周波数領域側に変更される場合、前記信号発生手段に対して前記設定値を前記分周比倍の値に変更制御して前記パルス信号生成手段から該分周比倍の周波数を有する前記第1矩形パルス信号を出力させ、前記分周手段を当該分周比に設定制御して前記周波数を有する前記第2矩形パルス信号を出力信号とする制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする信号発生装置。 Signal generating means for outputting an analog signal having a frequency changed according to a set value;
Pulse signal generating means for generating a first rectangular pulse signal having the frequency based on the analog signal;
Frequency dividing means for outputting a second rectangular pulse signal obtained by dividing the first rectangular pulse signal by a set dividing ratio;
When the frequency is changed to the high frequency region side, control is performed using the first rectangular pulse signal as an output signal. When the frequency is changed to the low frequency region side, the setting is made to the signal generating means. The value is controlled to be changed to the value of the frequency division ratio, and the first rectangular pulse signal having the frequency of the frequency division ratio is output from the pulse signal generating means, and the frequency dividing means is set to the frequency division ratio. Control means for performing control to output the second rectangular pulse signal having the frequency as an output signal;
A signal generator comprising:
前記分周手段が、プリセット付きバイナリカウンタで構成されたプログラマブル分周器であり、
前記制御手段は、
前記周波数に対応する位相増分値を決定し、前記プログラムレジスタに該位相増分値を設定する周波数−位相増分値変換手段と、
前記プログラマブル分周器の分周比を前記周波数に対応して決定する周波数−分周比変換手段と、
を備えたことを特徴とする請求項1に記載の信号発生装置。 The signal generating means is a direct digital synthesizer having a program register for outputting the analog signal having a frequency according to a set phase increment value and setting the frequency,
The frequency dividing means is a programmable frequency divider composed of a binary counter with a preset,
The control means includes
Frequency-phase increment conversion means for determining a phase increment value corresponding to the frequency and setting the phase increment value in the program register;
Frequency-dividing ratio converting means for determining a dividing ratio of the programmable divider corresponding to the frequency;
The signal generator according to claim 1, further comprising:
前記制御手段は、前記周波数が高周波数領域側に変更される場合、前記第1矩形パルス信号を出力信号として出力させる前記切換手段の切換制御を行い、前記周波数が低周波数領域側に変更される場合、前記切換手段を制御して、前記第2矩形パルス信号を出力信号として出力させる前記切換手段の切換制御を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の信号発生装置。 A switching means for switching the first rectangular pulse signal and the second rectangular pulse signal to the output signal;
The control means performs switching control of the switching means for outputting the first rectangular pulse signal as an output signal when the frequency is changed to the high frequency area side, and the frequency is changed to the low frequency area side. 5. The signal generation according to claim 1, wherein the switching unit is controlled to control the switching unit to output the second rectangular pulse signal as an output signal. 6. apparatus.
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